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南京师范大学食品与制药工程学院黄和教授团队在《Nature Communications》上发表重要研究成果

2023-07-27   南京师范大学新闻网   阅读量:136

    近日,我校食品与制药工程学院黄和教授团队在Nature Communications(《Nature》杂志子刊,影响因子16.6)上发表了题为“Discovery and mechanism-guided engineering of BHET hydrolases for improved PET recycling and upcycling”的研究论文(DOI: 10.1038/s41467-023-39929-w,南京师范大学同时作为第一和通讯单位)。本工作为克服生物酶降解PET产生异质性产品,实现PET的闭合循环与升级改造提供了新思路。

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    几十年来,塑料垃圾一直是全世界公众最关心的问题之一。近期研究表明,塑料污染已经严重威胁生态环境和人类健康,治理塑料污染迫在眉睫。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是石油基塑料的重要组成部分,它是由单体对苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)聚合而成。基于此,实验室期望通过开发BHETase挖掘策略以及动力学计算指导的酶工程策略来提高挖掘塑料降解菌/酶的锚定率和催化效率,为生物法降解塑料实现塑料循环经济寻找新的突破。在我们的研究中,通过酶挖掘策略,成功从环境中发现了两个BHETase,通过动力学计算和采用机制引导的屏障蛋白工程(Mechanism-guided barrier engineering)策略,成功设计出两个稳健的ΔBHETase。同时,将ΔBHETase耦合到一个双酶系统中,克服了异质性产品形成的挑战。此外,我们还开发了一种化学-酶催化法,实现了PET的闭合循环与升级改造。该研究为后期进一步从混合塑料废弃物中获得高价值单体奠定了理论基础,从而加速废弃物资源的转化利用。

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Mechanism-guided barrier engineering策略示意图

    我校食品院黄和教授、李秀娟副教授为该论文的共同通讯作者。21级博士研究生李安妮、21级硕士研究生盛义杰为论文的第一作者。李秀娟老师主要研究利用发酵过程、酶工程和计算机模拟等生物技术手段实现生物质资源的高效综合利用,目前已在Nat Commun(IF 16.6),Angew Chem(IF 16.6),J Hazard Mater(IF 13.6),Bioresource Technol(IF 11.4),Green Chem(IF 9.8)等国际著名期刊上发表SCI一作或通讯论文20篇,累计影响因子近190。其研究成果实现了塑料废弃物资源、生物质资源以及高附加值产品的高效利用与生产,同时助力实现我国的碳中和、碳达峰目标。

    在读博士研究生李安妮主要研究塑料废弃物的高效利用和酶工程改造,目前已在Nat Commun,J Environ Chem Eng等国际著名期刊上发表SCI一作2篇,申请专利4项,研究成果实现了塑料废弃物资源的回收循环及高价值化学品的升级再造。在读硕士研究生盛义杰主要研究集中在酶工程与分子动力学模拟的机理解析方面,目前已在Nat Commun,Angew Chem,ACS Sustain Chem Eng等国际著名期刊上发表SCI共同一作3篇,申请专利4项,获第二届先进生物制造国际会议优秀海报奖等。

该研究得到了国家重点研发计划(2019YFA0706900)、国家自然科学基金(22008123)和江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室的资助。